Transcript grafeno

grafeno
José Sepúlveda Basáez
objetivo
Fabricar grafeno en cantidades
industriales
Insertar grafeno en el mercado nacional
Fabricar baterías de grafeno
Fabricar filtros desalinizadores
Satisfacer demanda de empresas
tecnológicas
teoría
Es transparente, flexible, extraordinariamente resistente,
impermeable, abundante, económico y conduce la
electricidad mejor que ningún otro metal conocido.
Hablamos del grafeno, el material que tiene fascinados a
científicos y a la industria debido a sus fantásticas
propiedades.
Aunque fue sintetizado por primera vez en 2004, saltó a
la fama en 2010 cuando sus descubridores, los
investigadores de origen ruso Andre Geim (Sochi, 1958)
y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron
el Premio Nobel de Física. Como ya apuntó entonces
Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno
son tantas que ni siquiera eran capaces de enumerarlas.
agregando carbono se auto repara
teoría
El grafeno es un material formado por capas,
que comprende desde una hasta 10 capas
superpuestas. sus propiedades están en función
de su dimensionalidad. tomando como base
discriminatoria la especificidad de sus
propiedades, el grafeno puede ser clasificado en
3 tipos: monocapa, bicapa y multicapa (entre 3
y 10). sin embargo, presentan un conjunto de
propiedades comunes que permiten
caracterizar los tres tipos como grafeno.
teoría
Este material es extraordinariamente conductor
tanto eléctrico (sus electrones se mueven cien
veces más rápido que en el silicio) como
térmico, es muy transparente, resulta mas
resistente que el mismo diamante y doscientas
veces más que el acero, muy flexible, tan denso,
que ni siquiera el gas helio( el átomo más
pequeño) lo puede atravesar, muy sensible a
cualquier molécula que se deposite en su
superficie y todo ello en finísimas capas de un
átomo de espesor (un millón de veces más fino
que una hoja de papel).
teoría
Otra interesante propiedad es que si al grafeno se le
aplica una señal eléctrica de cierta frecuencia, genera
otra onda del doble o el triple de frecuencia (es un
multiplicador de frecuencias) por lo que permite trabajar
a frecuencias de reloj mucho más altas de las actuales.
A nivel cuántico, el grafeno presenta nuevas
propiedades aún mas interesantes que hacen que el
electrón se comporte como una partícula sin masa
(como los fotones y los fermiones), con una velocidad
unas cuatrocientas veces menor que la de la luz pero
mucho mayor que la de los electrones en los metales, y
que permiten realizar en un pequeño trozo de grafeno
muchos experimentos que hasta ahora solo se podían
hacer en aceleradores de partículas como el cern
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
TRANSPARENTES Y FLEXIBLES
PANTALLAS TÁCTILES
ENROLLABLES
Técnicas de producción del grafeno
El problema principal que impide la explotación del grafeno es que la
producción de grandes muestras es limitada. Las diferentes técnicas
tradicionales de fabricación por orden ascendente de escalabilidad son:
Scotch Tape
CVD (Chemical Vapor Deposition)
Liquid Phase Exfoliation
Plasma
Oxidisation-Reduction
Thin Graphite
La calidad de las muestras va en sentido contrario al de la escalabilidad: a
más escalabilidad del proceso menor calidad de las muestras.
Recientemente, investigadores de la Universidad de Rice han conseguido
sintetizar grafeno a partir del azúcar común a 800 ºC siendo el grafeno
resultante de alta calidad. Otra nueva técnica procede del IPCPAS-Instituto
de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias conjuntamente con
el IRI-Instituto de Investigación Interdisciplinaria de Lille. La técnica de
fabricación que utilizaron fue la oxidación del grafito obteniéndose un polvo
llamado óxido de grafito. Posteriormente se suspende en agua y se coloca
en un limpiador ultrasónico. Los ultrasonidos separan las láminas oxidadas
de grafeno y permiten la obtención de escamas de grafeno de 300 nm de
espesor.
quemar magnesio metálico puro en hielo seco
quemar magnesio metálico puro en
hielo seco
convierte el dióxido de carbono directamente en capas de grafeno
(de menos de 10 átomos de espesor) quemando magnesio metálico
puro en hielo seco.
«Está científicamente comprobado que la combustión de magnesio
metálico en dióxido de carbono produce carbono, pero la formación
de este carbono con capas de grafeno como producto principal no
ha sido identificada ni probada como tal hasta nuestra
investigación»
«El proceso sintético se puede utilizar para producir
potencialmentegrafeno en grandes cantidades», añade. «Hasta
ahora, el grafeno se ha sintetizado mediante diversos métodos que
utilizan productos químicos peligrosos y técnicas tediosas. Este
nuevo método es simple, ecológico y rentable».
un limpiador ultrasónico
Según explican los científicos, a nivel molecular, el
grafito se asemeja a un sándwich compuesto de muchos
estratos de grafeno. Estos estratos son difícilmente
separables. Para debilitar las interacciones entre ellos,
oxidaron el grafito. El polvo obtenido de este modo óxido de grafito - se suspendió en agua posteriormente y
se colocó en un limpiador ultrasónico. Los ultrasonidos
separaron las láminas oxidadas de grafeno unas de
otras y se obtuvieron escamas de óxido de grafeno
con un espesor de aproximadamente 300
nanómetros.
Los investigadores tuvieron que superar algunas
dificultades, como la presencia de oxígeno en los
compuestos, que cambiaba las propiedades físicoquímicas del material de conductor a aislante.
Chemical Vapor Deposition
Para producirlo no se utiliza grafito, sino gas metano,
que se transforma mediante una tecnología denominada
deposición química en fase vapor (Chemical Vapor
Deposition, CVD): "Es una de las grandes ventajas,
pues no dependemos de ningún producto mineral",
señala.
Muestra de grafeno sobre lámina de silicio. | Graphenea
"Se realiza en un reactor CVD donde se introduce un
gas con carbono. Mediante la aplicación de energía se
depositan los átomos de carbono sobre un substrato
metálico. El siguiente paso es transferir la lámina de
grafeno al substrato final, que puede ser un polímero,
vidrio, silicio u otros, dependiendo de la aplicación",
Fabricación de grafeno masivo
Sumergiendo grafito en una mezcla de
ácido orgánico diluido, alcohol, y agua, y
luego exponiéndolo al sonido ultrasónico,
el equipo descubrió que el ácido actúa
como una “cuña molecular”, que separa
hojas de grafeno del grafito padre. El
proceso resulta en la creación de grandes
cantidades de grafeno intacto y de alta
calidad disperso en el agua
Fabricación de grafeno masivo
“Existen otras técnicas conocidas para la fabricación de
grafeno, pero nuestro proceso es ventajoso para la
producción en masa, ya que es de bajo costo, se realiza
a temperatura ambiente, carece de productos químicos
perjudiciales, y por lo tanto es amistosa a un número de
tecnologías donde existen limitaciones ambientales y de
temperatura”, dijo Kar. “El proceso no necesita cámaras
de ambiente controlado, lo que aumenta su sencillez sin
comprometer su capacidad de ampliación. Esta
simplicidad nos permitió demostrar directamente
aplicaciones de alto rendimiento relacionadas con
detección ambiental y almacenamiento de energía, que
se han convertido en temas de importancia global”.
Fabricación de grafeno masivo
Una delgada lámina de estructura similar a un panal
de abejas y del grosor de un átomo que supone
una panacea tecnológica, tal es el potencial de un
material flexible, transparente, 200 veces más
resistente que el acero y dotado además de
propiedades semiconductoras. El problema podría venir
de las dificultades para poder fabricar en masa el
preciado material pero dos hermanos de Yecla con su
empresa, Graphenano, afincada en Alicante, han
resuelto el problema siendo capaces de producir en
serie grandes láminas de hasta 2.500 centímetros
cuadrados que dejan minúsculos los 100 de que es
capaz la competencia.
Otras cualidades
Un logro interesante es que han logrado
obtener grafeno en polvo, lo que permite
componer una mezcla con otros componentes
mejorando sus características, mejorando la
resistencia de materiales aeronáuticos y de
construcción, con paredes y ventanas que
pueden convertirse en pantallas interactivas y
receptores fotovotáicos, así como baterías,
prótesis médicas… el futuro parece estar
hecho de grafeno.
Grafeno en polvo
parte del grafito como materia prima y
básicamente consiste en realizar una
oxidación violenta y un proceso de
ultrasonificación para separar las
pequeñas láminas de grafeno que
componen el grafito"
Filtro de grafeno
Filtros de grafeno
los nanoporos de grafeno pueden filtrar la sal del
agua a una velocidad de 2 a 3 veces mayor que la
mejor tecnología de desalinización comercial que existe
en la actualidad (la ósmosis inversa).
este material permite el flujo real de agua, evita por
completo que se filtre la sal y tiene una
permeabilidad mucho mayor en comparación a la
ósmosis inversa. Y todo ello mucho más rápido que con
las técnicas actuales.
Una sola capa de grafeno, que tiene un átomo de
carbono de espesor, resulta muy delgada, por lo que es
ventajoso para la desalinización del agua. En la eficacia
de la desalinización participan el tamaño de los poros
del material y la presión aplicada
Filtros de grafeno
denominado ‘Perforeno’, es un filtro de grafeno
con poros de nanómetros de diámetro.
Suficiente para que las moléculas de agua
puedan pasar, pero retenga la sal y otros
compuestos.
«500 veces más fino que el mejor filtro del
mercado, y mil veces más fuerte». El hecho
de que el filtro se componga de una única capa
de átomos de carbono hace más fácil el proceso
de filtrado, ya que exigen menos energía
empujar el agua de un lado a otro.
Filtros de grafeno
Esta tecnología puede suponer un importante
avance en las zonas del planeta donde el
acceso al agua potable es limitado. El filtro de
Perforeno, en principio, haría innecesaria la
instalación de grandes plantas
desalinizadoras, que consumen bastante
energía y recursos.
Por otro lado permitiría fertilizar zonas áridas o
secas, desiertos etc.…
aplicaciones
Cristales irrompibles
Refuerzos de estructuras
Suelos irrompibles
Cargadores de energía autosuficientes
Pantallas de iluminación
Placas solares
Cables híper conductores
Baterías de alta eficiencia
Barcos mas ligeros, irrompibles, veleros
Carrocerías de vehículos
Circuitos integrados de móviles
Televisores
Relojes
Ordenadores
Tablets
Aviones mas ligeros, alas irrompibles
Etc……
proyectos
Central mareomotriz con desalinizadores
de agua de mar para consumo humano.
Acumuladores para submarinos
convencionales autosuficientes
Turbinas para centrales eléctricas
Bombas de ariete irrompibles
Fertilizar zona norte con agua de mar
desalinizada
Fin presentación